详情

原文传递跨座式单轨受电弓主动控制策略研究

论文题名：	跨座式单轨受电弓主动控制策略研究
关键词：	跨座式单轨受电弓;受电弓状态估计;鲁棒主动控制;执行器时滞
摘要：	城市轨道交通是一种新型的交通方式，它具有运行安全稳定、对环境污染小、施工简便工期短和有效利用城市空间等特点，已经成为了人们交通出行的首选之一。在重庆轨道车辆实践过程中发现，单轨车辆的弓网系统存在弓网磨损异常、受电弓结构损坏等问题，这会导致车辆的受流质量下降，严重时可能会产生安全事故。因此，需要对弓网关系进行有效的改善，降低弓网接触力的波动。　　本文以重庆跨座式单轨受电弓为主要研究对象，以减小弓网接触力为主要目的，通过受电弓主动控制的手段，以“弓网耦合模型的建立→跨座式受电弓状态估计→基于状态估计的主动控制研究→考虑执行器时滞的控制器应用”为研究路线进行阐述，具体如下：　　(1)构建了二元弓网系统耦合模型，同时验证了模型的有效性。系统分析研究了弓网相互作用耦合方式的基础结构及其相互影响机制，并首先建立起受电弓多刚体运动模型，后续为便于计算与测试，对其采用了适当程度的线形化处理，得到了二元受电弓归算质量模型；在刚性接触网方面，对其也进行了相应的简化。然后通过两者之间的耦合关系，建立起了面向控制的弓网耦合系统简化模型，最后利用欧洲铁路联盟以及国内铁道行业标准TB/T3271-2011相关条文和《跨座式单轨车辆用受电弓技术规格书》验证了模型的有效性，最终结果表明本节所建立的模型符合标准要求。　　(2)采用了跨座式单轨的受电弓状态估计器，在测量数据丢失和噪声环境未知的因素下进行对状态估计算法的验证。首先采用了以光栅应变传感器、光栅调节仪和上位机作为弓网接触力的测量系统对弓网之间的数据进行采集。然后给出了基于卡尔曼滤波的考虑测量数据丢失的受电弓状态估计器；同时在噪声环境未知的情况下，给出了基于无迹卡尔曼滤波的受电弓状态估计器。最后结合二元线性受电弓简化模型和非线性多刚体模型，分别验证了这两种算法的有效性，结果表明：这两种状态估计算法对跨座式单轨受电弓的状态反馈有较强的适用性和可行性。　　(3)提出了跨座式单轨受电弓的鲁棒H∞主动控制方法，对算法进行了有效性验证。首先采用了无刷直流电机作为执行器，同时对常见的主动控制算法进行了简要分析，再者对受电弓的控制目标进行了数学化描述。在此基础上提出了跨座式单轨受电弓的鲁棒H∞主动控制方法，最后对鲁棒H∞控制器的有效性进行了验证，并还验证了受电弓的各项参数出现扰动后的鲁棒性。实验仿真结果显示：本节给出的鲁棒H∞主动控制方案能够有效减少弓网接触力的波动，同时在参数干扰下也具有良好的鲁棒性。　　(4)提出了基于跨座式单轨受电弓执行器时滞的主动控制方法，对算法的有效性进行了验证。充分考虑了执行器在输出主动控制力时的确定时滞效应，以及在网络通信时的随机时滞效应的情形下，完成了相应的控制器设计工作。在鲁棒状态反馈式主动控制系统的架构下，完成了控制器的有效性验证。研究结果显示：考虑了执行器时滞效果的主动控制方式能够减少弓网接触力的波动，并且还极大的提升了系统时滞下的控制效率。
作者：	蓝立俊
专业：	机械工程
导师：	刘朝涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022